[發明專利]一種高溫熔體電池裝置及其制備工藝

有效

• 申請號: 201610955894.9
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106654072B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 彭勃;張坤;郭姣姣;王玉平;李俠
• 申請（專利權）人: 中國西電電氣股份有限公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M2/30;H01M10/39;H01M10/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發明公開了一種高溫熔體電池裝置及其制備工藝，裝置包括陶瓷封接負極柱、不銹鋼負極集流體、不銹鋼正極蓋板、不銹鋼正極殼體。陶瓷封接負極柱與正極蓋板連接形成電池頂蓋，其電極芯通過螺紋與負極集流體連接形成電池負極。電池頂蓋與正極殼體緊密連接并形成密閉電池腔體。正極殼體內壁及底面分別通過物理鍍膜形成致密的氧化物絕緣薄膜和碳化物導電薄膜。陶瓷封接負極柱由電極芯、不銹鋼包覆層、絕緣陶瓷套管以及上、下過渡環組成，其下過渡環與電池殼體緊密焊接形成密閉電池腔體，其電極芯下端與負極集流體連接形成電池負極。該高溫熔體電池裝置解決了電池在高溫環境下的耐腐蝕及密封問題，顯著提高了電池的長期循環穩定性及工作壽命。

技術領域

本發明屬于電化學儲能電池領域，具體涉及一種高溫熔體電池裝置及其制備工藝。

背景技術

當前，我國正進入能源體制深化改革的關鍵時期，構建全球能源互聯網的發展戰略日漸清晰。未來全球能源互聯網將是智能電網、特高壓電網、清潔能源的廣泛融合，這需要更多的新能源儲存裝置，電力潮流控制、分布式電網及微電網將實現普遍應用，而儲能技術將是協調這些應用的關鍵一環。目前，常用的電網級儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、超級電容儲能、超導儲能、飛輪儲能以及各類電池儲能。其中，電池儲能以其能量轉換效率高、系統規模配置靈活、不受地理環境限制、成本相對較低等優點成為分布式電網及微電網首選的儲能方式。然而，在已經實現應用的各類電池儲能技術中，鉛碳電池使用壽命短且對環境污染較大；鈉硫電池會因β-Al₂O₃電解質隔膜破裂而導致嚴重安全事故；液流電池在離子交換膜等關鍵材料方面有待突破；鋰離子電池的生產成本仍然較高，其性能也需進一步提高。上述問題限制了電網儲能技術的發展，是阻礙其實現商業化的主要因素之一。

在儲能電池技術亟待突破的背景之下，2007年美國麻省理工學院的D.R.Sadoway教授提出了可用于電網級規模儲能的“液態金屬電池”新概念。這種電池通常在高溫工作，其正負電極為液態金屬，電解質為無機液態或半液態熔鹽。正極、電解質、負極材料互不相溶，且因密度差異由下至上分為三層。工作時，電池通過負極金屬與正極金屬形成正極合金而放電；相應地，通過正極合金的重新電解為負極金屬和正極金屬而充電。與傳統儲能電池相比，液態金屬電池具有材料成本低廉、制造工藝簡單、可高倍率充放電等優點，在電網儲能領域的應用前景十分廣闊。

目前液態金屬電池面臨的突出問題是缺乏針對高溫環境的有效的絕緣密封方法及耐腐蝕措施(Kim H,Boysen D A,Newhouse J M,et al.Liquid Metal Batteries-Past,Present,and Future[J].Chemical Reviews,2013,113:2075-2099)。

首先，液態金屬電池的負極材料和電解質材料化學性質非常活潑，在300℃～700℃的工作溫度下電池材料一旦與空氣中的水、氧、氮等接觸會在短時間內變質失效從而造成電池性能劣化。目前液態金屬電池通用的絕緣密封方法是將電池的絕緣密封點引出加熱區，在接近室溫的條件下通過常規密封材料(如硅橡膠、環氧樹脂等)實現電池負極桿與正極殼體之間的絕緣與密封。這樣做一方面增加了電池的體積、材料成本及制作成本。另一方面，由于必須將絕緣密封點伸出加熱區，常溫密封結構在電池成組時只允許單層的電池布局，這樣就不能有效利用高度空間，顯著增大了電池組的占地面積。同時，環氧樹脂等密封膠通常需要較長的固化時間，這增加了電池的制作周期，不利于規模化生產。